樊玉海

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甲醇合成系統(tǒng)氫回收裝置的系統(tǒng)應用及改進

樊玉海

摘要同煤廣發(fā)60萬噸/年甲醇項目中由于采用了合成氣循環(huán)利用技術(shù)，因此造成了惰性氣體在系統(tǒng)中的大量累積，不僅影響反應速率，降低催化合成效率，同時也增大合成壓縮機能耗高的問題。通過分析計算，采用增加一組膜分離法改進氫回收裝置，降低了能耗，提高了粗甲醇含量。

關(guān)鍵字甲醇合成；氫回收；膜分離技術(shù)

0　引言

同煤廣發(fā)化學工業(yè)有限公司以煤為原料，采用殼牌氣化爐生產(chǎn)粗煤氣，粗煤氣經(jīng)過變換裝置、低溫甲醇洗裝置生產(chǎn)出指標合格的合成氣，進入托普索合成裝置進行甲醇合成。生產(chǎn)過程中能耗、合成效率、產(chǎn)量以及粗甲醇含量直接關(guān)系到企業(yè)的經(jīng)濟效益。

由于合成裝置的單程轉(zhuǎn)化率較低，為了有效利用合成氣，所以采用了合成氣循環(huán)利用技術(shù)，故而造成合成氣中的惰性成分在系統(tǒng)中不斷累積，這樣不僅會影響反應速率，也會造成能耗大，浪費大的后果。如果直接采取放空的方式除去系統(tǒng)中的惰性氣體，那么不可避免將會造成有效成分的浪費，所以采用了氫回收技術(shù)。氫回收裝置就是為了將惰性氣體分離并將有效成分H2進行回收。此法不僅降低了能耗，同時也提高了甲醇產(chǎn)量，增加了經(jīng)濟效益。

本文通過對氣體組分的分析，提出在現(xiàn)有的生產(chǎn)條件下改進氫回收裝置，通過理論計算、分析，進氣壓力、溫度完全符合氫氣回收裝置的設計要求，回收氫氣（快氣）壓力、溫度及含量滿足工藝要求，并入合成新鮮氣，提高了甲醇合成效率[1]。

1　氫回收裝置改造背景

1.1氫回收裝置的主要設備、工作原理

氫回收裝置的主要設備為膜組件，公司所用膜組件為美國孟山都公司所產(chǎn)的prism膜分離器，設計壓力10 MPa，操作壓力7 MPa～8 MPa。從循環(huán)氣中分離一部分進入氫氣分離裝置分離器除去水份，再進入預熱器加熱到75℃，以保證進入膜組中的剩余水份高于露點，最后氣體進入膜分離器進行分離[2]。

1.2氫回收裝置目前存在的問題

通過研究國內(nèi)大型甲醇廠合成運行狀狀況分析，合成甲醇過程中，普遍存在著類似的問題，即：回收氫氣率基本在80%，合成氫碳比低于2.05。因此，在這種工藝狀況下，造成大量有效氣體氫氣的放空浪費及合成效率低的結(jié)果[3]。目前本單位運行中，最大的問題是分離效率降低，大量有效氣體氫氣排空。氣體預熱器加熱速度慢且不保證進氣溫度高于露點，這將造成膜組的分離效率，而且對中空纖維膜造成損壞。

由圖1可知隨著氫碳比的增大，甲醇產(chǎn)量隨之增大。根據(jù)改進前的工藝數(shù)擾分析，公司合成氣氫碳比一直低于2.05，最低值達到1.85，同時CO2含量偏低，在這種工況下，合成反應的效率較低。只有增大氫氣組分的含量，才能使氫碳比高于2.05。

圖1不同H/C比下甲醇產(chǎn)量隨壓力的變化趨勢圖

2　優(yōu)化方法

目前回收氫氣的方法主要有深冷法、PSA法、膜分離法三種。深冷法即傳統(tǒng)的低溫分離，這種方法是利用進料各給分的沸點溫度差達到分離效果，它的特點是投資大，運行費用高，適合大規(guī)模生產(chǎn)。PSA法即變壓吸咐法就是在較高壓下吸附，在較低壓力下解吸，它可以生產(chǎn)高純度的氫氣。膜分離法是一種高新技術(shù)，具有投資小、占地少、能耗低、操作簡單方便等特點。綜合考慮本公司回收的氫氣純度要求不高，馳放氣壓力8 MPa，完全符合膜分離法要求，以及投資、操作等因素，仍采用膜分離法再次分離并回收廢氣中的氫氣。考慮到盡量利用原有膜組設備，降低改造成本。在不改變原有膜組的情況下，增加一組膜分離器，同時增加一臺換熱器（為防止中空纖維膜進液，提高進氣溫度至90℃），將第一組膜分離器的非滲透氣進行再次分離處理，將回收的高純度氫氣并入原滲透氣管線，送回循環(huán)氣壓縮機入口，從而可以提高氫氣的回收率。增加的氫氣含量有助于調(diào)整氫碳比到2.05，同時可以降低合成系統(tǒng)壓力，減少能耗，提高產(chǎn)量?；谶@種思路，通過分析研究膜分離技術(shù)的裝置的工藝條件的適用性裝置成本，選用大連化學物量研究所研制天邦公司生產(chǎn)的中空纖維膜來優(yōu)化我公司氫氣回收工藝。對比各種氣體分離技術(shù)，中空纖維膜分離技術(shù)成熟，結(jié)構(gòu)簡單，工藝可靠，操作壓力0.5 Mpa－14 Mpa，完全適用于我公司工藝條件，而且投次成本低，多生產(chǎn)的甲醇一年就可收回投入。

圖2氫回收改造工藝流程圖

圖3氫回收膜分離器現(xiàn)場圖

3.1改造前后工藝條件變化

中圖分類號TQ223.12+1

文獻標識碼B

文章編號1000-4866（2016）02-0029-03